Centre for Nanomaterials, advanced technologies and Inovations Technical University of Liberec
APLIKACE NANOTECHNOLOGIÍ V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU
Obsah přednášky • Úvod • Co jsou to nanomateriály a nanotechnologie? • Příklady využití nanotechnologií • Bezpečnostní rizika – Pandořina skříňka • Závěr 2
Úvod – středověk x nano
Kalení = transformace Fe
a= 5A
Kovář Saze -6M t/y Barviva Zeolity Precipitace 3
Úvod - vizionář „Chtěl bych popsat obor, v němž se toho dosud udělalo málo, ale v principu toho v něm může být vykonáno nesmírně mnoho.“ “Proč ještě neumíme zapsat všech dvacet čtyři svazků Encyklopedie Britanniky na špendlíkovou hlavičku?” „Směrem dolů je spousta místa“ - Richard Feynman, 29.12.59
4
ÚVOD – porovnání rozměrů Předmět Mravenec Průměr bakterie Chřipkové viry Virus HIV
délka v nm 5 000 000 1 000 – 10 000 100 90
Vlnová délka ultrafialového záření Průměr šroubovice DNA Šířka molekuly vody Atom vodíku
10 – 400 2,5 0,3 0,1
5
Intensity (arb. units)
Úvod – experimentální technika
2k Fe (ICDD card No. 6-696) -Al2O3 (ICDD card No. 5-712)
1k
0
Load On Sample [mN]
3000 2500
Co K
40
60
2[deg]
B - 225
2000 1500 1000 500
6 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Displacement Into Surface [nm]
Topics
Nanoparticals 0D Nanofibres
1D
Nanocoatings 2D Nanocomposites 3D 7
Aplikace
8
9
Příklady využití nanotechnologií Oblast využití nanotechnologií a nanomateriálů je velmi rozsáhlá. Můžeme pro zjednodušení konstatovat, že se týká všeho kolem nás - medicíny - strojírenství - stavebnictví - textilního průmyslu - elektroniky - kosmického průmyslu - vojenského průmyslu...
10
Aplikace Elektrotechnika - displeje z organických světlo emitujících diod (OLED), magnetické vrstvy pro paměťová média, polovodičové čipy a mikroelektronické aplikace, vysokokapacitní záznamová média, hroty pro mikroskopy se skenující sondou
Materiály - keramika, lehké slitiny, oxidy kovů a jiné kovové sloučeniny, ferity, magnety, povrchy, barvy, pigmenty, plasty, plniva, obaly pro potraviny, nesmáčivá úprava povrchů, polymerní kompozitní materiály s vylepšenými mechanickými vlastnostmi 11
Aplikace Textil - textilie odolné vůči zašpinění mající schopnost regulovat teplotu, Inteligentní oděvy schopné monitorovat puls a dýchání
Enviromentální aplikace - čištění vod a vzduchu Chemie - katalýza chemických procesů (analýza pomocí Au), antibakteriální plasty, antibakteriální boty Stavebnictví - izolační materiály nové generace, samočisticí fasádní nátěry, senzorika a bezpečnostní problematika tlakové a tepelné senzory ve stavebních materiálech, termochromní skla regulující intenzitu procházejícího světla, transparentní kompozitní materiály, UV filtry s TiO2, ZnO 12
Aplikace Energie - fotovoltaické tenké vrstvy přeměňující světelné záření v el. energii, palivové články využívající uhlíkové nanotrubice, plynové senzory, bateriové elektrody, fotomateriály, fotočlánky, palivové články, vysokokapacitní baterie Doprava - povlaky odolné vůči poškrabání mající samočisticí schopnost, lehké a pevné trubkové rámy, nátěry chránící před korozí obsahující nanočástice, katalyzátory, odolné povrchy satelitů Medicína - kontrastní látky, hypertermie, cílená likvidace tumorů, detoxikace krve, implantáty z biokompatibilních materiálů, čištění enzymů a farmaceutik 13
Aplikace
• Vysoce účinné solární články • Nanokatalyzátory • Energetické akumulátory • Vodíkové zásobníky pro palivové články - vodík má z paliv nejvyšší poměr energie k hmotnosti - velká hmotnost zásobníku a návazných zařízení
14
Průmyslové aplikace nanotrubiček Vlastnosti jednovrstvých nanotrubiček: pevnost v tahu 50 - 100 GPa
modul pružnosti 1 - 2 TPa 1/6 váhy oceli vysoká tepelná vodivost vysoká elektrická vodivost rok 2004 - 400 €/g 2008 - 5€/g 2010 - 10c/g 15
Využití nanotechnologií ve strojírenství • katalyzátory => snižování spotřeby paliva
• supertvrdé povrchy s nízkým třením • samočisticí oděruvzdorné laky • kompozitní materiály • obráběcí nástroje • atd.
16
Hlavní směry inovačních technologií:
• Redukce znečišťování ovzduší • Recyklovatelnost • Bezpečnost
• Lepší výkon a účinnost motoru (úspora paliva) • Estetika
17
Materiály a vrstvy: • Funkční nanostrukturní materiály
• Ochranné vrstvy - protikorozní - s nízkým koeficientem tření - odolné proti opotřebení - se samočistícím efektem (TiO2) 18
19
Interiéry: • Textilie s rozšířenou funkčností • Filtry pro regulaci vzduchu • Elektrochromované sklo • Displej opatřený tenkou fólií • Interaktivní skla • Mikroclony pro displeje založené na principu uhlíkových nanotrubiček0
20
Osvětlení: • Elektrooptické vrstvy • Nové světelné zdroje • Elektrochromované vrstvy
• Optické spínače
21
Moderní trendy v automobilovém průmyslu: • nanočásticové vystužené polymery pro kryt rozvodového řemenu • nízkohmotnostní strukturní kompozity • „nanoocel“ • „nanohliník“ • samočistící povlaky odolné proti poškrábání • uhlíkové nanotrubičky pro uchování vodíku • elektricky vodivé polymery (nanotrubičky) 22
Možné budoucí uplatnění
23
Nanoauto 2005 - Rice University v Houstonu
velikost 3,5 nm obsahuje : - podvozek - nápravy - čtyři kola (fullereny) světelný pohon
24
Nanomotorek se světelným pohonem 2002 - TU Mnichov - mechanismus z jediné molekuly roztáčený světlem => pohonná jednotka pro stroje a zařízení používané v nanotechnologiích Nanomotor - syntetický polymer azobenzenu Dusíkový můstek mezi jádry je zkroucený, ale jakmile na něj začne působit světlo určité vlnové délky, narovná se, a tím prodlouží molekulu. Nanomotorek vyvine při každém taktu práci 4,5 x 10-20 J
25
Nanoauto možnost použití nanoaut k přesunu molekul Maximální rychlost? Výkon? Zrychlení? Nanotuning?
26
Závěr • Aplikace nanotechnologií se dotýká jak oblasti balkových materiálů tak i povrchových úprav. • Použití nanomateriálů přinese skokové změny jejich vlastností. • Uplatnění nanotechnologií v průmyslu určitě přinese úspory ekonomické i ekologické. • Je třeba mít na paměti zdravotní i ekologická rizika nově nastupujících nanotechnologií a nanomateriálů. • Tyto oblasti zákonitě musí být v nejbližší době středem pozornosti průmyslu. • Nanotechnologie je perspektivním odvětvím, neboť inovační průmysl je stále lačný po nových poznatcích. 27
Použitá literatura [1] Vacek J., Michl J.: Molekulární stavebnice, Vesmír, Vol 5 (2002), 256-261 [2] http://www.intel.com, 03-2006 [3] http://www.nano.fraunhofer.de, 03-2006 [4] http://www.fotoaparat.cz, 03-2006 [5] http://www.nanotrade.cz [6] http://bonetumor.org [7] http://mek.kosmo.cz/sondy/usa/galileo/galileo.htm [8] http://www.osel.cz, 03-2006 [9] http://www.21stoleti.cz, 03-2006 [10] http://www.tiscali.cz, 03-2006 [11] http://www.differentlife.cz [12] http://palivove-clanky.podklenbou.sk/
[13] Louda P.: Materiály 21. století – Nanomateriály, PowerPoint-prezentace, Liberec, 2005 [14] http://ihned.cz, 03-2006 [15] http://www.novezuby.cz, 03-2006 [16] http://www.nanomedicina.cz, 03-2006 [17] http://www.azonano.com, 03-2006 [18] Fujishima A., Hashimoto K., Watamabe T.: TiO2 Fotokatalýza, základy a aplikace, Silikátový svaz, 2002 [19] http://www.balzers.cz, 03-2006 [20] http://hydrogenix.vsb.cz, 03-2006 [21] http://www.volkswagen.cz, 03-2006 [22] Ginder J. M.: Nanotechnology in Automotive Applications, Advanced Materials & Processes, Volume 163 (2005), 25-28 [23] http://www.mercedes-benz.cz, 03-2006 [24] http://sonny.blog.cz, 03-2006 [25] http://www.nwo.nl, 03-2006 [26] http://csnmt.fme.vutbr.cz, 03-2006 [27] http://www.nano.gov, 03-2006 [28] Walkoviak B.: ústní sdělení, Łódź, 03-2006 [29] Characterising the potential risks posed by engineered nanoparticles, A first UK Government research report, London, 2005
A další- www.nanozine.com/, www.nanozine.com, www.nanosite.net/, www.nanospace.org, www.nano.org.uk/,www.nanotechnology.de/,www.nanonet.de/,www.nanotechnews.com/,nanodot.org/ www.nanoworld.org/ ,www.nanoindustries.com/ 10.02.08
28
Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne!
[email protected]
29
Děkuji za pozornost a přeji hezký zbytek dne! kontakt:
[email protected]
30
